Wi-MAX технологиясы

МАЗМҰНЫ

 

КІРІСПЕ

Бүгінгі күнде жергілікті сымсыз жүйелер желілі жүйелерге  бәсеке емес толықтырма болып пайдалануда. Бірақта жергілікті сымсыз жүйелерге  көзқарас әр уақытта осындай болған жоқ, тоқсаныншы жылдардың ортасында барлық жергілікті сымды жүйелер сымсыз жүйелерге алмасады деген пікір әйгілі болады.

Жергілікті сымсыз желілердің артықшылығы айқын, өйткені олар оңай және арзан қолданылып сонымен қатар модификацияланады, сондықтан көлемі үлкен сымды инфро жүйе кей кезде қажетсіз. Тағы бір артықшылығы пайдаланушыларға мобильдікті қамтамасыз етеді. Бірақ сымсыз жүйелердің артықшылығымен қатар кемшіліктері деп толы, оның себебі тұрақсыздық.

Көп жағдайларда сымсыз жүйелерде сымды жүйелерді пайдалану  қиын немесе пайдалану мүлдем жарамсыз кезде іске асырылады. Сымсыз жергілікті жүйелердің негізгі пайдалану облыстары төменде келтіріледі.

Көп пәтерлі үйлерде  тұратын пайдаланушыларда сымды  жүйе болмағандықтан байланыс операторлары резиденттік қол жеткізуді сымсыз желі арқылы іске асырады.

Аэропорт, теміржол т.б. көшпелі  деп саналатын қол жеткізу.

Тарихи маңызды ғимараттарды қазіргі кезеңдегі сымды жүйелерді  пайдалана алмағандықтан.

Жергілікті желілерді  уақытша ұйымдастыру мысалы конференция  жасағанда, әр түрлі көрмелерде және т.б.

Жергілікті желілерді  кеңейткенде. Цехтар, лабораториялар қаланың шетінде орналасқандықтан, оларға сымды желіні тарту өту қиын және қымбат болады.

Егер пайдаланушы желі қызметін орын ауыстырып пайдаланса, яғни бөлмеден бөлмеге немесе бір  ғимараттан екінші ғимаратқа онда жергілікті сымсыз жүйесін еш нәрсе алмастыра алмайды.

Кең жолақты желіні талап  ету. Бірлескен желіні Т1-ге қол жеткізу  арқылы ұйымдастыру үш айға дейін немесе одан да көп уақытты талап ету мүмкін. Кең жолақты сымсыз технологиялар 802.16 стандарты негізінде желі жылдамдығын қамтамасыз ету барысында сымды кең жолақты шешімдерге ұқсас, сонымен қатар бұл желінің етек алуын белгілі бір мезгілде бірнеше күнге қысқаруға мүмкіндік берсе, ал оның бағасы бірнеше есе төмендейді. Провайдерлердің жоғары жылдамдық нүктелерін қосу құралдарын пайдалану мүмкіндігіне ие бола алады. IEEE 802.16e IEEE 802.16a-ға көлем алу қолданушылардың провайдерге қосылуына мүмкіндік береді (WISP – Wireless Internet Serves Provaider), сонымен қатар қолданушылар үйде болмаған жағдайда, кеңседен немесе басқа қалаға сапар барысында өзінің WISP-пін ие болу мүмкіндігі бар.

Осы біріту жұмыста мен  Қарағанды қаласында Wi-MAX стандартты базасындағы сымсыз радио рұқсатының желісін қарастырамын. Қарағанды қаласындағы Wi-MAX базасындағы сымсыз ұйымның қажеттілігі мен ыңғайлылығы желілі-кәбілді шаруашылықтың (ЖКШ) болмау нәтижесінде «Қазақтелеком» АҚ желісіне абоненттерді қосуға халықтың ұсынысының артуымен негізделген. Халық ұсынысын қанағаттандыру үшін 802.16 стандарт базасындағы құрылғы қолданылады.

 

1 Wi-MAX ТЕХНОЛОГИЯСЫНЫҢ НЕГІЗІ

1.1 Wi-MAX технологиясы

Wi-MAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), кең жолақты сымсыз байланыс IEEE институтымен стандартталған  технологиясы, DSL толықтырушы қосымша сымдар және кәбілдік технологиялар толықтырушы ретінде кең арақашықтықтағы «соңғы миль» мәселелерін шешу болып табылады. Wi-MAX технологиясы «соңғы мильге» қосу және кең жолақты қосылғыштардың орындалуы үшін қолдануға болады, сондай-ақ сымсыз желі нүктелерді, ұйымдардың және компаниялар бөлімдерінің аралық байланыстары және басқа ұқсас мақсаттарындағы шешімдерді өте жоғары жылдамдықтағы байланыстарын жетілдірумен ерекшеленеді. Wi-MAX терминін сөзбе-сөз аударсақ «микротолынды пайдалануға арналған сыйысымдылық» деген мағынаға ие болады. Халықаралық салалық консорциум дәл осылай аталады, жабдықтардың барлығының сыйысымдылығының жетістігіне жағдай жасауы, кең жолақты сымсыз желі ретіне қолданылады. Бұл белгілермен кең танымал чипсет өндірушілері кіреді, солардың ішінде Intel, Fujitsu және Nokia, сонымен қатар белгілілер Ресей саудасында Asiros, Airspan, Alvarion, ZyXEL, Aperto, Proxim және Wi-LAN болып табылады. Бүгін де Wi-MAX консорциумы 96 компания басын қосады. Wi-MAX компаниялар алдында тұрған негізгі мәселелерді шешу, интернетті пайдалануға мүмкіндік туғызады: дүниежүзілік желілерді жылдам қосумен қамтамасыз етсе, көшелер мен тротуарлардағы қираған оптикалық-талшықты кабель жөндеумен де айналысады. Кейбір техникалық қиындықтар кездесіп те қалады, бірақ Wi-MAX шешімі болашақта оң шешім дәрежесіне жетуіне әбден сенімді [1, 2, 3].

1.2 Wi-MAX эволюциясы

2001 жылы желтоқсан айында қабылданған қосымша 802.16 а, 2-11 ГГц диапозонды қалалық желілерге арналған кең жолақты сымсыз қатынас құру (СҚҚ) жабдығына есептелген. Сонымен қатар, басқа модуляциялардан бөлек көбірек қолданыстағы күрделі түрінің бірі – ортогональды жиілікті мультиплексациялау болып табылады (Orthologonal Freyquency Multiplexing, OFDM). 802.16 а жабдығы ADSL және кабельді модемдермен табысты бәсекелестікке түсе алады. Сондай жүйелердің арзан болуын сымдар қажеттілігінің төмендеуіне алып келеді.

802.16 стандартының жаңа  болжамасы 2004 жылдың 24 маусымында  қабылданды. Олар өзіне алдынғы болжамдарды таңдай отырып, 802.16 IEEE 2004 жыл жарияланады. өңдеу барысында 802.16е IEEE толықтырулар енгізілуі мобильді құрылғыларды стандартты 802.16 жабдығымен қамтамасыз етумен ерекшеленеді. Стандарт желілері 802.16е 3G желісіне ұялы абоненттерінің өтуінен гөрі, мобильді пайдалануға мүмкіндік туғызуға уәде береді.

1.1-сурет – Wi-MAX эволюциясы

Wi-MAX технологиясының  болжымды нұсқасы жабдық көмегімен  қызметті қамтамасыз етуі, Wi-MAX технологиясымен  сай келуін стандартталған тестілеумен  шектелмейді. Провайдерлердің бірнеше  қызметі болжамды ақпарат шешімдерін осы уақытқа дейін әлемнің түпкір-түпкіріндегі Wi-MAX жобаларын қолдану үшін пайдаланады. Бұл жүйелердің сыйысымдылығының тестілеуі Wi-MAX технологиясымен орындалғаннан кейін, Wi-MAX соңғы стандартының талаптарымен сай келе отырып, бағдарламалық түрде модернизациялау болып табылады.

Салалық стандартқа негізделген Wi-MAX кең жолақты сымсыз технологиясы тұрғын үйлерге, кәсіпорындар және қала, ауылдық аймақтардағы мобильді сымсыз желілердің жылдамдық байланысын қамтамассыз етуге арналған. Анықталмаған назар салсаңыз, Wi-MAX жергілікті «Wi-Fi магистральді әрекетіне «орын алдын ала ескерілген» деген мағынаға ие болып отыр.

Бүгін Wi-MAX IEEE 802.16-2004 болжамасында – сымсыз байланыс стандарты салыстармалы түрде кабельдік қосулар – 10 Мбит/с  одан да жоғары 30 км мүмкіндіктерімен радиусқа кең ауқымды байланысты қамтамасыз етеді. Wi-MAX технологиясы - әр түрлі жағдайлардағы жұмыс істеп отырып, соның ішінде, қала салудың тығыздығы, байланыстың жоғарғы сапасы мәліметтерді жеткізу жылдамжығында қамтамасыз етеді.

 

1.2-сурет – Wi-MAX стандартының негізінде базаны ұйымдастыру.

 

Wi-MAX желісінің жабдығы 10 МГц арна көлемінің 2 ГГц-11ГГц диапазонында жұмыс жасайды. Жиілік диапазонының әр түрлі елге таратылуы Wi-MAX әр түрлі аудандарда жұмыс істеуіне мүмкіндік туғызады. Диапазондардың кең таратылуы әлемнің бірнеше елдерінің ерекшелігіне негізделген. Дәл осындай Солтүстік Америкада Wi-MAX үшін аудандар 2,5 және 5 ГГц диапазонында, Орталық және Оңтүстік Америкада – 2,5, 3,5 және 5 ГГц, Таяу Шығыс, Африка, Батыс және Шығыс Еуропада – 3,5 және 5 ГГц, Азия-Тынық мұхит аймағында 2, 3, 3,5 және 5 ГГц қолданылады.

10 және одан да жоғары  километрді радиуста коммутацияларды  қамти отырып, Wi-MAX нүктелері бірнеше  аудандарды жабдықтайды, сондай-ақ  «соңғы миль байланыстары» қамтамасыз  ету үшін провайдерлерге талаптар  қойылады.

Жалпы 802.16 стандартының негізгі мінездемесі 50 километр қашықтыққа дейінгі әрекеті, көрінбейтін аймақтарды жұмыспен қамтамасыз ету, базалық стансаларда 70 Мбит/с дейін айырбастау жылдамдығын қарастырады, соның ішінде 6 сектор базалық стансаға ие болады [4, 12].

 

1.3 Wi-MAX технологиясының артықшылықтары

Wi-MAX технологиясы бірқатар артықшылықтарға ие.Олар:

1. Сымды (xDSL, T1) сымсыз және спутниктік  жүйелерге қарағанда Wi-MAX желісі жаңа тұтынушыларға экономикалық жағынан тиімді түрде қызмет көрсету және олардың мүмкіндіктерін арттыру;

2. Стандарт байланыс операторының  технологиясы деңгейлерін біріктіреді  (кішкене желілерді біріктіріп, оларға  Интернетке қатынас құруға мүмкіндік  беру үшін), сондай-ақ, «соңғы миля»  технологиясын да біріктіреді  («соңғы миля» технологиясы – провайдер желісіне кіру нүктесі мен тұтынушы компьютер арасындағы бөлік). Ол біріктіру универсалдық пен сенімділікті арттырады;

3. Сымсыз технологиялар пайдалану,  оны эксплуатациялау және орнату  кезінде өте қарапайым. Оған  жаңа тұтынушыларды қосу оңайырақ және қосымша қаражатты, қосымша жұмыс күштерін қажет етпейді. Себебі: ол керек кезде масштабталу қасиетіне ие;

4. Дамушы және алыс, қиындықтар  туғызатын аймақтарда сымсыз  технологияны орнату қарапайымдылығы;

5. Қызмет көрсету қашықтығы радиобайланыстың негізгі параметрлері болып саналады. Қазіргі уақытта кең жолақты сымсыз технологиялар желі объектілері арасындағы тікелей көрінушілікті қажет етеді. Wi-MAX OFDM технологиясының арқасында тікелей көрінушілік жоқ объектілер арасында байланысты қамтамасыз етуге қабілетті және бұл кездегі арақашықтық километрлермен өлшенеді;

6. Wi-MAX технологиясы алғашқыдан IP протоколын иеленген және соған байланысты жергілікті желілерді оңай интеграциялауға мүмкіндік береді;

7. Wi-MAX технологиясы бір орында орналасатын (фиксирленген), орын ауыстыратын, үнемі қозғалыста болатын объектілерге бір инфраструктурада жұмыс істеуге мүмкіндік береді.[12, 17]

1.4 802.16 стандартын суреттеу

Стандарт екі деңгейде іске асады – орта мүмкіндігі деңгейі (Media Access Control, MAC) және физикалық деңгей (PHY) – негіздік стансаларға және абоненттік кешендерге қолданылады.

 

1.3-сурет – 802.16 стандартының негізгі техникалық мәліметтері

 

1.1-кесте – 802.16 және оның кеңейтілген 802.16а стандартының негізгі техникалық мәліметтері

	802.16	802.16 а
Диапазон	10 - 66 ГГц	2 - 11 ГГц
Жұмыс шарттары	Тек қана түзу көрінуі	Жұмыс мүмкіншілігі жақын  аймақ абоненттеріне түзу емес көрінуі
Жылдамдық	32,0 – 134,4 Мбит/с	1,0 – 75,0 Мбит/с
Модуляция	QPSK. 16 QAM, 64 QAM. Бір асты тасушы	QPSK. 16 QAM, 64 QAM (256 QAM) бір  асты тасушы OFDM 256 асты тасушы OFDMA 2048 асты тасушы
Дуплексті тәртіп	TDD/FDD	TDD/FDD
Жолақ жиіліктердің	20, 25 және 28 МГц	1,25 тен 20 ГГц дейін
Радиус кәріздер	Типтік 2 - 5 км	Типтік 4 – 6 км

 

Стандартқа ерекше назар аударатын мәселелердің бірі (Service Flow) пайдаланушы топтарын жоспарлауында, яғни базалық станса мен абоненттік құрылғылардың хабар алмасымы, қолдану мәліметтерін қорғау құралдары (privacy sub layer) және байланыс қауіпсіздігінен тұрады.

Радиотолқындарды тарату ерекшеліктерінің бірі 10 - 66 ГГц жиілік диапазонының тура көру мүмкіншілігінің жұмыс істеуіне шек келтіруі. Қалалық ортада базалық стансасынан қашық жатқан абоненттердің жартысына қосылу мүмкіндігі бар. Қалған 50 % тура көру мүмкіндігі ереже бойынша берілмеген. IEEE институты 802.16 стандартына толықтырулар өңдеп шықты, яғни 2 – 11 ГГЦ жиілігі, бір жиілікті берілуі (Singel Carrier, SC) басқа, ортогональды жиілік мультиплексациялау (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) мультиплексациялау негізінде көптеген мүмкіншілік (OFD Multiplex Access, OFDMA).

OFDMA тәртібінде бір уақытта 256 тасушы берілу мүмкіндігі бар. Кеңею есебімен (осы сан негізінде) қарапайым белгілердің созылымдылығын тура қабылдауға болады.

Базалық стансаға абоненттік құрылғыдан трафитік берілуі (дәл осылай аталатын бағыт өрлеу uplink) көп стансалы пайдаланудың екі негізгі әдісіне негізделеді: DAMA (сұраныс мүмкіндігі) және TDMA (каналдарды уақытша бөлуге мүмкіндік). Физикалық деңгейдегі пакеттердің құрылымы МАС деңгейіндегі пакет ұзындығын қолдайды. Хабарлағыш рандомизация, кодтау және модуляцияны QPSK. 16 QAM жүзеге асырады (модуляцияның соңғы екі әдісі опция негізінде қаралған).

Абонеттік құрылғыларда базалық стансаның трафик тапсыруы (дәл осылай аталатын бағыт төмен түсіп, downlink) уақытша дуплекс тәртібінде басқарылатындықтан, (TDD) бір сектордағы барлық абоненттік құрылғыларға арналған біріңғай болып табылады. Хабарлағыш алгоритмдары рандомизация, бөгетті тұрақты кодтау және QPSK. 16 QAM және 64 QAM алгоритмі бойынша сәйкес жүзеге асырады (модуляцияның соңғы екі әдісі опция негізінде қаралған) [14, 15].

1.5 Квадратты амплитудалық модуляция

Квадратты амплитудалық модуляцияда (QAM – Quadrature Amplitude Modulation) фаза секілді өзгереді, дәл осылай амплитуда белгісі кодталған бит санын үлкейтуге береді, дегенмен бөгетке тұрақтылық жоғарлауы мүмкін. Қазіргі уақытта модуляцияның тәсілдері қолданыста, яғни ақпарат бит аралығанда кодталғандықтан, 8....9 дейін жетуі мүмкін, ал сигналдық кеңістікте сигнал позицияларының саны -256…512.

Сигналдардың квадратурды ұсынысы  суреттеуге ыңғайлы және жеткілікті құрал болып табылады. Квадратты ұсыныс екі ортогональды құрастырушы тербеліс сызығының – синусоидалды және косунисоиды болып табылады.

S(t)=x(t)sin(wt+(p)+y(t)cos(wt+(p)

x(t) және y(t) – биполярлық дискреттік мөлшер. Бұндай дискреттік модуляция (манипуляция) бір біріне 90⁰ жылжыйтын квадратурада орын алған екі каналмен жүзеге асады.

Квадратуралық үлгі (1.4-сурет) төрт фазалы ФМ сигналдарын құру үлгісіндегі (ФМ-4) жұмысты түсіндіреміз.